무선 통신 기술은 다양해지고 많은 기술들이 동시에 서비스되고 있기 때문에 한정된 주파수 자원을 이용하여 많은 데이터를 전송할 수 있으면서 많은 이용자가 동시에 접속 가능한 방향으로 발전하고 있다. Mobile WiMAX에는 Up/Down link 모두 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용한다. 기존에 사용자를 주파수로 구분했던 FDMA(Frequency-division multiple access)는 각 신호의 점유 주파수 대역폭이 중첩되지 않도록 어느 정도 보호 주파수구간이 필요했기 때문에 동시 접속 가능한 사용자의 수와 주파수 효율 면에서 낭비되는 대역폭이 많았는데 OFDMA는 인접하는 신호간에 상관관계가 없게 만들어서 신호끼리 서로 겹치게 되더라도 수신 측에서 신호를 찾기가 쉽고 타 신호를 구분하기 쉽게 만들어서 동일 주파수 대역에 더 많은 가입자와 데이터를 처리할 수 있게 만든 방식이다. 또한 모바일 환경에서 발생하는 페이딩 성분이나 다중 경로 지연에 강한 장점을 가지고 있다. 하지만 OFDMA는 송수신기의 위상과 주파수 왜곡에 취약한 단점을 가지고 있고 평균 파워와 피크 파워의 비율이 높아서 때에 따라서 순간적으로 큰 전력소모와 송수신 파워 앰프의 큰 선형구간을 요구하기 때문에 배터리를 통해서 유한한 전력을 공급받아야 하는 단말기 입장에서는 큰 부담이 아닐 수 없다.
이 때문에 LTE Uplink에서는 OFDMA를 변형한 SC-FDMA(Single-carrier Frequency-division multiple access)를 사용하고 있다. 우리나라에서 사용하는 와이브로(Mobile WiMAX profile 1A)의 점유 주파수 대역폭은 8.75Mhz로 고정되어 있으며, 채널 대역폭 내에 1024개의 부-반송파(Sub-carrier)에 전송하는 데이터가 포함된 대역이 서로 겹치게 배치되어 있다. Downlink와 Uplink를 시간을 이용하여 구분하는 TDD(Time-division duplex) 방식을 사용하고 나중에 WiMAX Release 2에서는 기존의 TDD와 주파수를 이용하여 구분하는 FDD(Frequency-division duplex) 와 동시에 사용하는 Hybrid-FDD 방식을 사용할 예정이다. 반면에 LTE는 사용하는 점유 대역폭이 WiMAX와 같이 고정적이지 않고 접속자의 수와 전송하는 데이터의 양과 같은 여러 가지 상황에 따라서 더욱더 효율적으로 주파수 자원을 활용하고자 대역폭이 1.4MHz에서 20MHz까지 유동적으로 변하는 특징을 가지고 있으며, Downlink와 Uplink를 구분하는 Duplex 방식은 WCDMA에서 사용하고 있는 FDD 방식을 사용하는 LTE-FDD 방식과 중국에서 사용하는 TD-SCDMA가 적용한 TDD 방식을 따르는 LTE-TDD 방식 두 가지로 나뉘어 지고 있다.
샤논의 법칙(Shannon-Hartley’s law)에서는 통신에서 사용하는 채널의 최대 전송량에 대한 정의를 하고 있다. 이 법칙에서 보면 데이터 전송 속도를 높이려면 전송하는 대역폭의 넓이와 전송 파워의 세기 그리고 전송 채널의 수에 비례하여 전송 속도가 높아진다고 말하고 있다. 여기서 전송 채널의 수는 쉽게 말해서 송신 안테나와 수신 안테나간의 전송 경로 수라고 말할 수 있다
(C = capacity(용량), B = bandwidth, M=전송 채널 수, S/N = signal to noise ratio)
결국 WiMAX와 LTE에서 전송송도를 높이기 위해서 사용하는 기술 중에 사용하는 주파수 전송 대역폭은 실제 사용하는 물리적인 대역폭보다 더 넓게 사용하기 위해서 OFDMA를 사용하고 있으며 전송 채널의 수를 다중으로 이용함으로써 전송 속도를 높이기 위해서 여러 개의 안테나를 이용하여 동시에 송수신을 할 수 있는 MIMO 안테나 기술을 사용하고 있다. 이러한 MIMO 기술은 이미 WLAN IEEE 802.11n 기술에 적용되어서 활용되고 있으며, WiMAX에서는 wave2 에서부터 Downlink에서 MIMO 기술을 적용하였고, LTE에서도 역시 MIMO 기술을 적용하고 있다. 현재 LTE에서는 수신 단으로부터 채널환경에 대한 적절한 피드백에 의하여 송신 단이 무선 채널을 더 정확하게 알 수 있게 하는 폐루프 안테나 다중화 기술(Close loop MIMO)를 적용하고 있으며, WiMAX에서는 수신 단에서 송신 단으로 전달되는 피드백 정보가 없이 동작하는 개루프 안테나 다중화 기술(Open loop MIMO)를 사용하고 있으나 Mobile WiMAX Release 1.5부터 폐루프 안테나 다중화 기술을 적용하고 있다.
<한국애질런트 신승철 차장>
